Modulación y control distribuido basados en consenso para convertidores modulares multinivel en cascada con almacenamiento de energía

Abstract

El creciente uso de fuentes de energía renovables ha puesto en evidencia la importancia de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para mitigar los desequilibrios de potencia que surgen debido a su naturaleza variable e intermitente. Los convertidores modulares multinivel en cascada (MMCC) se presentan como uno de los candidatos mas atractivos para aplicaciones BESS, principalmente debido a su estructura modular inherente. Sin embargo, esta modularidad se ve limitada por los esquemas de control altamente centralizados utilizados en la actualidad. Por ello, estudios recientes presentan esquemas de control descentralizados y distribuidos, que buscan superar las desventajas de los controles centralizados, pero ninguno logra aprovechar al máximo la modularidad de los MMCCs. Para solucionar este problema, en esta tesis se propone un esquema de control totalmente distribuido cooperativo, en el cual un conjunto de controladores locales (LC), idénticos e independientes, adosados a cada uno de los submódulos (SM), logran los objetivos de control mediante consenso. El esquema propuesto se compone de una estrategia de control predictivo de modelo (MPC), un control de estado de carga (SoC) de las baterías y un algoritmo de sincronización de los LCs. La novedad de esta propuesta permite desconectar y conectar cualquier SM sin detener el funcionamiento del convertidor, y la integración de un ajuste automático en la modulación de las señales de control, lo cual proporciona escalabilidad y un rendimiento invariable a la salida del convertidor, independiente del número de SMs activos. La propuesta se valida de forma experimental en un cluster de un conversor CHB conectado a la red, con lo cual se evidencia la capacidad de aprovechar por completo la modularidad de los MMCCs.